Зубчаста муфта

Реферат: UA 69705 U UA 69705 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до галузі машинобудування. Відома зубчаста муфта, що містить втулку з бочкоподібними зовнішніми зубами і охоплюючу її і кінематично зв'язану з нею обойму з внутрішніми прямими зубами, котра в процесі взаємодії зубів один з одним здійснює передачу корисного навантаження і частоти обертання від одних валів іншим валам машин і механізмів, компенсуючи при цьому перекоси осей з'єднувальних валів за рахунок наявності гарантованих величин бічних і радіальних зазорів між зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985.-240 с. Недоліком відомої зубчастої муфти є обмежена навантажувальна здатність, обумовлена вкрай нерівномірним розподіленням зусиль між спряженими парами зубів внаслідок їх перекосу відносно один одного. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого рішення є зубчаста муфта з бочкоподібними зовнішніми зубами втулки і симетрично скошеними відносно їх середини внутрішніми зубами обойми [2]: А.с. 1504394 СССР. Зубчатая муфта / А.П. Попов (СССР).4089604 / 31-27; Заявл. 09.07.86; Опубл. 30.08.89. Бюл. № 32. Недоліком вказаної зубчастої муфти є довгий строк нарізання внутрішніх скошених зубів обойми, обумовлений подвійною переустановкою ріжучого інструмента (довбача) відносно горизонтальної осі заготовки втулки з метою отримання вказаних скосів муфти. Задача корисної моделі - зниження затрат часу на виготовлення внутрішніх зубів обойми. Для вирішення задачі в зубчастій муфті, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами та обойми з внутрішніми симетрично скошеними зубами, різнойменні бічні поверхні внутрішніх зубів на відстані b1 / 2 від правого і лівого торців обойми виконані скошеними на кут  0 , а зовнішні зуби втулки виконані бочкоподібними, причому зліва на відстані b / 2 від їх середини радіус бочкоподібності дорівнює R1 , а справа на тій самій відстані 25 від середини зубів радіус бочкоподібності дорівнює R, причому R1  R , при цьому параметри  0 , R і R1 знаходяться із співвідношень: 0   w  d cos  w  ;   b2 ;    1   R 4(  2)  2  R 8S    4(   2)0  2d cos  w , R1  R1       де b , b1 - довжина відповідно зовнішніх і внутрішніх зубів;  - задана величина кута 30 35 40 45 50 перекосу осей;  w - кут зачеплення; d  mz - діаметр ділильної окружності; m - модуль зачеплення; z - число зубів; S  0,05...0,08мм - величина бочкоподібності зубів. Порівняльний аналіз з найближчим аналогом показує, що зубчаста муфта складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами та обойми з внутрішніми симетрично скошеними зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні, згідно з корисною моделлю, різнойменні бічні поверхні внутрішніх зубів на відстані b1 / 2 від правого і лівого торців обойми виконані скошеними на кут  0 , а зовнішні зуби втулки виконані бочкоподібними, причому зліва на відстані b / 2 від їх середини радіус бочкоподібності дорівнює R1 , а справа на тій самій відстані від середини зубів радіус бочкоподібності дорівнює R , причому R1  R , при цьому параметри  0 , R і R1 знаходяться за вище наведеними формулами. На фіг. 1 зображена зубчаста муфта з зовнішніми бочкоподібними і внутрішніми скошеними зубами, на фіг. 2 показано взаємодію зовнішнього і внутрішнього зубів (точка к) при відсутності навантаження і перекосу осей, тобто при   0 ; на фіг. 3 представлено взаємодію ненавантажених зубів при перекосі осей на кут  , розташованих зліва від їх середини (точка к1 ), а на фіг. 4 показано взаємодію ненавантажених вказаних зубів при перекосі осей на кут  , розташованих справа від їх середини (точка к 2 ). У відповідності з фіг. 1-4 маємо наступні позначення:  - заданий кут перекосу осей з'єднувальних валів агрегатів; b , b1 - довжина відповідно зовнішніх і внутрішніх зубів;  0 - кут скосів внутрішніх зубів; R , R1 - радіуси бочкоподібності зовнішніх зубів; jn - величина нормального бічного зазору між зубами; S - величина бочкоподібності ділянок зовнішніх зубів, що характеризуються радіусом R . Зубчаста муфта складається із обойми 1 з розташованими на ній внутрішніми скошеними зубами 2, котрі знаходяться в зачепленні з зовнішніми бочкоподібними зубами 3, що належать 1 UA 69705 U 5 10 втулці 4. Осі обертання 5 і 6 відповідно втулки 4 і обойми 1 не співпадають, і вони перекошені відносно один одного на кут  . При цьому твірні 7 бічних поверхонь зовнішніх зубів 3 втулки 4, розташовані на відстані b / 2 зліва від середини зубів, окреслені з двох сторін радіусом бочкоподібності R1 . Твірні 8 бічних поверхонь зовнішніх зубів 3 справа від середини зубів 3, тобто на відстані b / 2 від торця втулки 4, мають радіус бочкоподібності R , причому R  R1 . Твірні 9 і 10 бічних поверхонь внутрішніх зубів 2 обойми 1 зліва від їх середини на відстані b1 / 2 з однієї сторони вказаних зубів є прямолінійними, а з іншої сторони кожного із зубів скошеними на кут  0 в межах відстаней b1 / 2 . Твірні 11 і 12 внутрішніх зубів 2 обойми 7, розташовані справа від середини зубів на відстані b1 / 2 , навпаки, з однієї сторони зубів є скошеними на кут  0 , а з іншої сторони зубів на відстані b1 / 2 від правого торця обойми твірні зубів виконані прямолінійними. 15 20 25 30 35 40 45 Таким чином переріз будь-якого внутрішнього зуба обойми являє собою, як слідує із фіг. 1-4, суму перерізів двох рівновеликих по площі трапецій, котрі мають спільну сторону ab . При виготовленні внутрішніх зубів 2 обойми 1 ріжучий інструмент у вигляді довбача здійснює рух "догори" - "вниз" під кутом  0 відносно вертикальної осі, що співпадає з віссю заготовки. При цьому одночасно здійснюються скоси двох сусідніх внутрішніх зубів, котрі розташовуються на різнойменних бічних поверхнях (правій і лівій), і вони направлені від середини зубів в протилежні сторони до торців обойми. Зубчаста муфта працює наступним чином. При передачі на втулку 4 зі сторони двигуна крутного моменту, вісь 5 котрої перекошена відносно осі 6 обойми 1 на кут  , навантажені бочкоподібні зуби 3 втулки діють на внутрішні зуби 2 обойми 1, здійснюючи при цьому передачу корисного навантаження і частоти обертання від вала двигуна конкретному механізму, наприклад, редуктору. В процесі обертання зубчастої муфти бічні поверхні зовнішніх бочкоподібних зубів втулки 4 обкатуються із ковзанням по бічних поверхнях внутрішніх зубів 2 обойми 1. В процесі експлуатації зубчастої муфти можливі, як слідує із фіг. 2-4, три випадки взаємодії спряжених пар зубів, котрі характеризуються різними моделями контакту. Так, наприклад, в точці к (фіг. 2) як розрахункова виступає модель контакту двох жорстко з'єднаних півциліндрів з радіусами R і R1 з прямолінійно - криволінійною площиною. В точці к1 (фіг. 3) має місце найбільш розповсюджена модель контакту циліндра, окресленого радіусом R1 , з площиною. В точці к 2 (фіг. 4) в процесі роботи зубчастої муфти спостерігається розрахункова модель контакту циліндра, що характеризується радіусом R, з похилою під кутом  0 до горизонту площиною. Для компенсації величини розцентровок осей з'єднувальних валів у вигляді заданої величини кута перекосу осей  передбачено наявність нормальних бічних зазорів jn між бічними поверхнями зовнішніх і внутрішніх зубів, а також радіальних зазорів c  0,25m . При роботі зубчастої муфти в умовах перекосу осей на кут  задані величини зазорів jn і c змінюються. Пропонована зубчаста муфта, як і найближчий аналог, при роботі характеризується рівномірним розподіленням зусиль між спряженими парами зубів. Однак для виконання даної умови необхідно знайти вираз радіуса бочкоподібності R1 в залежності від параметрів  0 і R , котрі характеризують поздовжню модифікацію зубів. З цією метою запишемо вираз максимального зусилля, що діє на найбільш навантажену спряжену пару зубів, а також залежність кута  0 , виходячи з [3]: А.П. Попов, О.И. Савенков. Экспериментальное исследование нагрузочной способности зубчатых муфт //Вестник Инженерной академии Украины.-2010. - № 3-4. - С. 203-209.  R d w   2 (   2)R 0  d 2 ; (1)  Fn max  Fn    cos   2  4   cos   4 w  w     0  50  w  d cos  w  , (2)      1   4(   2)  2  R   де Fn  2T / zd cos  w - нормальне зусилля, що діє на спряжену пару зубів при відсутності перекосу осей; T - обертальний момент, що передається зубчастою муфтою; z - число зубів; 2 UA 69705 U d  mz - діаметр ділильної окружності; m - модуль зачеплення;  w - кут зачеплення;  - заданий 5 кут перекосу осей;   - сумарна податливість спряженої пари зубів; R - радіус бочкоподібності. По аналогії з виразом (1) запишемо залежність Fn max для традиційної зубчастої муфти з бочкоподібними зовнішніми і прямими внутрішніми зубами [1]: Попов А.П. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. - Л.: Судостроение, 1985.-240 с.  R1 d w * Fn max  Fn    cos   2 w   2 d 2 . (3)   4  4    Рівняння (3) характерне для контакту зубів в точці к1 (фіг. 3), а рівняння (1) - для взаємодії 10 * зубів в точці к 2 (фіг. 4). У відповідності з сказаним приймемо рівність зусиль Fn max  Fn max . Тоді на основі вказаної рівності зусиль прирівняємо праві частини виразів (1) і (3) один до одного, в зв'язку із чим визначимо залежність радіуса бочкоподібності R1 , а саме:  4(   2) 0  2d cos  w . (4) R1  R2 1       15 Таким чином, при заданих параметрах R , d ,  ,  0 і куті  w за формулою (4) слід визначити радіус бочкоподібності R1 , при якому в точках к1 і к 2 (фіг. 3, 4), як і в будь-якій іншій точці контакту довільно взятій спряженій парі зубів, спостерігається однакова дія зусиль * Fn max  Fn max  Fn . Для підтвердження сказаного розглянемо розрахунок зубчастої муфти, виходячи із наступних даних: z  60 ; m  5 мм ; b  40мм ; b1  b  10  50 мм ;  w  20 ;   5  103 рад; Fn  3191H ; S  0,0606мм . 20 За формулою R  b2 / 8S  402 / 8  0,0606  3300мм мм визначимо радіус бочкоподібності. Виходячи із величини радіуса R  3300мм і діаметра d  mz  5  60  300мм , із виразу (2) знаходимо кут  0  3,443  103 рад. І, нарешті, при знайдених величинах радіуса R і кута  0 за формулою (4) знаходимо радіус R1  180 мм . Відповідно із знайденими величинами радіусів R і R1 кута  0 за формулами (1) і (3) * знайдемо максимальні значення сил Fn max і Fn max , котрі характерні для взаємодії спряженої * пари зубів, що розглядається, в точках к 2 і к1 (фіг. 4 і 3), а саме: Fn max  3192Н ; Fn max  3239Н . 25 30 * Із розрахункових даних очевидно, що зусилля Fn max і Fn max практично співпали з зусиллям Fn  3191Н , а це вказує на рівномірність розподілення навантаження між усіма спряженими парами зубів в умовах перекосу осей. Економічний ефект від впровадження пропонованого технічного рішення забезпечується за рахунок зниження часу на виготовлення внутрішніх зубів обойми приблизно в два рази. Суспільна користь технічного рішення, що заявляється, полягає у покращенні віброакустичних характеристик пропонованої зубчастої муфти за рахунок зниження рівня вібрації і шуму (промсанітарія) внаслідок зростання контактної податливості спряжених пар зубів, обумовленої зменшенням радіуса R1 порівняно з радіусом R . ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Зубчаста муфта, що складається із втулки з зовнішніми бочкоподібними зубами та обойми з внутрішніми симетрично скошеними зубами, котрі знаходяться між собою в зачепленні, яка відрізняється тим, що різнойменні бічні поверхні внутрішніх зубів на відстані b1 / 2 від правого і лівого торців обойми виконані скошеними на кут, а зовнішні зуби втулки виконані бочкоподібними, причому зліва на відстані b / 2 від їх середини радіус бочкоподібності дорівнює R1 , а справа на тій самій відстані від середини зубів радіус бочкоподібності дорівнює R , причому R1  R , при цьому параметри  0 , R і R1 знаходять із співвідношень: 0  45   w  d cos  w   b2 ;    1  ; R 4(   2)   2  R 8S   4(   2)0  2d cos  w , R1  R1       3 UA 69705 U де b , b 1 - довжина відповідно зовнішніх і внутрішніх зубів;  - задана величина кута перекосу осей;  w - кут зачеплення; d  mz - діаметр ділильної окружності; m - модуль зачеплення; z число зубів; S  0,05...0,08 мм - величина бочкоподібності зубів. 4 UA 69705 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5